下二門油田儲層成巖作用類型及微觀孔隙結構特征＊

謝 俊，孟寧寧，張金亮，姜建偉，曾 俊

（1.山東省沉積成礦作用與沉積礦產重點實驗室，山東青島266510；2.山東科技大學地質學院，山東青島266510；3.北京師范大學資源學院，北京100875；4.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南南陽473132）

下二門油田儲層成巖作用類型及微觀孔隙結構特征＊

謝 俊1，2，孟寧寧2，張金亮3，姜建偉4，曾 俊4

（1.山東省沉積成礦作用與沉積礦產重點實驗室，山東青島266510；2.山東科技大學地質學院，山東青島266510；3.北京師范大學資源學院，北京100875；4.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南南陽473132）

通過14口取心井普通薄片、鑄體薄片的鏡下觀察及掃描電鏡等資料的研究，認為影響下二門油田碎屑巖儲層的成巖作用主要有3種：壓實、膠結和溶蝕。其中，壓實作用以機械壓實為主，化學壓實少見；膠結作用主要有碳酸鹽膠結（如方解石、白云石等）、黏土礦物膠結（如高嶺石、綠泥石等）；溶蝕作用主要有長石顆粒和少部分巖屑溶蝕、碳酸鹽膠結物溶蝕。這3種成巖作用的共同改造形成了下二門油田以粒間孔、粒內溶孔和鑄?？诪橹鞯目紫督Y構特征。根據微觀孔隙結構特征，結合沉積相展布特點，認為下二門油田有利儲層主要分布在辮狀三角洲前緣亞相帶水下分流河道和前緣砂壩等砂體。這些新認識為該油田調整挖潛提供了地質指導。

下二門油田；成巖作用；孔隙結構；儲層特征

成巖作用研究是儲層定性和定量評價的依據［1］。1980年代，國外對儲層成巖作用的研究主要集中于次生孔隙產生的機理［2－3］。最近10a的研究則主要涉及孔隙保存的成巖作用機制［4］。國內成巖作用的研究主要以巖石學研究為基礎，進行成巖標志、成巖事件、成巖序列、成巖相、成巖演化模式和有利孔隙發育帶的預測等研究［5－9］。下二門油田成巖作用對砂巖儲層性質的影響比較復雜，直接制約了該油田的勘探開發效果，急需明確影響儲層性質的主控地質因素。

1 油田地質特征

下二門油田位于泌陽凹陷東部邊界下降盤內側，區域構造位于南襄盆地泌陽凹陷東部泌陽—栗園大斷裂旁，構造形態為一軸向近南北的被斷層復雜化的不完整短軸背斜，3條主控斷層將整個短軸背斜切割為3個主要斷塊［10－11］。沉積地層自上而下劃分為平原組＋鳳凰鎮組、廖莊組、核桃園組、大倉房—玉皇頂組，核桃園組又劃分為3個地層段：核一段、核二段和核三段。下二門油田的油氣主要聚集在核桃園組的核二段和核三段，油藏類型受構造控制明顯，以斷層－巖性油藏、斷層－背斜油藏、斷塊油藏為主。

2 成巖作用特征分析

對下二門油田孔隙結構特征影響的成巖作用主要有壓實作用、膠結作用和溶蝕作用。

2.1 壓實作用

下二門油田屬內陸源雜基含量高、分選較差的碎屑巖儲層，壓實后以雜基支撐為主，當壓實作用比較強烈時，碎屑巖內部可以形成裂縫（見圖1），儲層物性變好，增強了流體的流動性。

圖1 壓實作用下的裂縫發育特征Fig.1 The fracture feature of the compaction

2.2 膠結作用

膠結作用往往導致孔隙度和滲透率降低，儲層物性變差。根據膠結物不同，下二門油田碎屑巖中出現的膠結作用主要有碳酸鹽（包括方解石、白云石膠結）和黏土礦物（如高嶺石、綠泥石等）膠結兩種。

2.2.1 碳酸鹽膠結作用 下二門油田碎屑巖中碳酸鹽礦物膠結作用主要有方解石、含鐵方解石、白云石及含鐵白云石膠結等。方解石和鐵白云石是下二門油田最常見的碳酸鹽膠結物。

在埋藏成巖過程中，碳酸鹽膠結物可分為早期和晚期碳酸鹽礦物。早期碳酸鹽膠結物主要為方解石（見圖2），其產出狀態一般呈粗大晶形粒狀，掃描電鏡下方解石為立方體或者菱面體，早期碳酸鹽膠結物一般充填原生孔隙，降低巖石的孔隙度及滲透率，破壞儲集性能。

圖2 方解石鑄體薄片特征Fig.2 The cast thin slice feature of the calcite

2.2.2 硅質膠結作用 下二門油田碎屑儲集巖中的硅質膠結作用表現為碎屑石英次生加大、粒間新生成石英微粒。據薄片觀察，內碎屑石英次生加大開始出現深度約在1 400m。

石英次生加大與深度密切相關，表現在加大程度隨深度的增加而逐漸增加。過厚的黏土膜會阻礙石英自生加大，黏土含量多時，有礙于硅質溶液的交替和沉淀。石英次生加大現象在雜基含量較高處，碎屑石英次生加大受到一定程度的抑制，加大邊不連續，常見黏土膜痕跡。此外，由于粒細棱角多、較粗糙，有利于石英自生加大的發生，一般細粒石英的自生加大要比粗粒發育。長石的溶解為SiO2沉淀提供必要的物質來源，研究區長石含量高，并且普遍發生溶蝕，是SiO2最重要的來源。因此，石英加大普遍，并伴有豐富的自生高嶺石充填于溶蝕孔隙中，降低了儲層有效孔隙體積。2.2.3黏土膠結作用 下二門油田碎屑巖儲層中的黏土礦物均有發育，幾乎存在于所有的砂巖之中。它可分為它生和自生兩種類型，它生的常具有沉積定向排列；而自生的則以分散的孔洞充填物形式出現，通常構成不規則的凝塊。本區儲層廣泛分布有高嶺石、綠泥石等。

（1）高嶺石 高嶺石是下二門油田儲層中含量較高的黏土礦物，含量一般1%～5%，局部可達6%。在掃描電鏡下，高嶺石單晶體呈假六方板片狀，并常構成書頁狀或蠕蟲狀集合體（見圖3）。晶形發育良好的高嶺石在一些分選較好和粒度較粗的長石砂巖中常見，以孔隙充填形態產出。多數粒間孔隙中不同程度地存在高嶺石晶體，部分高嶺石充填于喉道，減小了喉道寬度。高嶺石的形成不僅降低了孔隙度和滲透率，而且固著力較弱，在流體作用下易發生遷移，堵塞孔喉。

圖3 綠泥石、高嶺石掃描電鏡特征Fig.3 The scanning electronic microscope feature of the chlorite and the kaolinite

（2）綠泥石 綠泥石是本區儲層中常見的自生礦物，鑄體薄片鑒定含量一般為1%～4%。在掃描電鏡下，綠泥石襯套呈針葉狀集合體，向孔隙中心生長（見圖3）?？紫冻涮罹G泥石則表現為較好的花朵狀、葉片狀和絨球狀晶體，單晶呈近似六邊形鱗片，表面平滑平整，輪廓清晰，大小均勻（直徑一般在2～3μm），雜亂堆積（如片片散落的柳葉）。

2.3 溶蝕作用

由于溶蝕作用形成了碎屑巖中的次生孔隙，與壓實作用和膠結作用相反，溶蝕作用對儲集空間起到一種重要的建設性作用。

長石的溶蝕往往從碎屑顆粒內部開始，長石顆粒內的解理縫或雙晶面首先產生機械破裂，形成微裂縫，粒間溶液沿著微裂縫滲透，溶解長石，在某種程度上形成了許多粒內溶蝕微孔縫。粒內溶蝕微孔進一步溶蝕，形成較大的溶蝕孔。該區長石不穩定礦物的溶蝕現象非常普遍，被溶的長石往往具有港灣狀溶蝕邊緣，有的沿解理縫進行溶解，形成齒狀邊緣，有的中部被溶去而形成殘骸。

圖4 孔隙發育特征Fig.4 The development of the intergranular pore

3 孔隙結構特征評價及有利儲層預測

從微觀孔隙結構特征來分析，喉道的大小和分布及其幾何形狀是影響儲層滲流特征的主要因素?？紫督Y構的好壞是儲集層評價的重要依據?？紫妒谴尜A流體的基本空間，喉道則是控制流體在巖石中滲流的重要通道。

3.1 孔隙類型

根據鑄體薄片和掃描電鏡分析，下二門儲層以原生孔隙和次生孔隙的混合類型發育為特點，據鑄體薄片統計資料，該區面孔率0%～35%，平均13.8%。主要孔隙類型有粒間孔隙、粒內孔、鑄?？?、特大孔、裂縫孔隙等（見圖4），其中以粒間孔隙最為發育。

因為a與分子量無關,也可看成是鏈本質的特征參數,表示一條鏈保持某個特定方向的傾向,也反映了高分子鏈的剛性尺度.對于有限長度的分子鏈而言,持續長度不能反映其真實的鏈尺寸,此時就需要利用蠕蟲狀鏈模型,采用平均投影長度進行處理.

粒間孔隙 粒間孔是本區最為發育的孔隙類型，該類孔隙占總孔隙的47.5%。掃描電鏡下的砂巖全貌照片可顯示該區以粒間孔隙發育為特征，孔徑主要分布在10～50μm之間。粒間溶孔主要是由于膠結物、黏土雜基和顆粒邊緣的溶蝕形成的。

粒內孔 該類孔隙約占總孔隙的24.4%，由顆粒內部組分溶解而形成的，常見有長石和巖屑顆粒的溶孔。溶蝕強烈時，碎屑顆粒呈蜂巢狀或呈殘骸狀。

鑄?？紫?該類孔隙約占總孔隙的24.5%，由不穩定顆粒完全被溶蝕掉后所形成的孔隙，常通過原來的泥質包殼而保留其外形，常見長石和巖屑溶蝕而形成的鑄?？紫?。

特大孔隙 孔隙超過相鄰顆粒直徑1.2倍以上的孔隙可稱之為特大孔隙或超大孔隙。多由骨架顆粒溶孔和粒間孔隙共同組成，本區這類孔隙在鑄體薄片不常見，約占總孔隙的3.5%。

裂隙 本區可見各種開啟的裂隙，如巖石裂隙、顆粒裂隙和膠結物裂隙。由于它們的出現，可大大提高巖石的滲透率。

3.2 喉道類型

在下二門油田的同一儲層中，由于巖石的顆粒接觸關系，顆粒大小、形狀及膠結類型不同，喉道的類型也各不相同，主要包括：

孔隙縮小型喉道 這種喉道類型往往發育在以粒間孔隙為主或出現在擴大粒間溶孔的砂巖中。研究區內此類喉道比較發育。

收縮喉道 砂巖顆粒以點接觸或點線接觸時，喉道變窄，形成收縮喉道，這種喉道類型的大量發育，會使儲層具有較高孔隙，而滲透率較低。

片狀喉道 砂巖在遭受進一步壓實作用或壓溶作用時，晶體會發生再生長現象，其直接的結果就是導致存在于晶體與晶體之間的孔隙變窄，形成片狀喉道，即晶間孔。當顆粒間發生后期的溶蝕作用時，又可形成較寬的片狀或寬片狀喉道。

微喉道 雜基和各種膠結物含量較高時，原生的粒間孔隙完全被堵塞，雜基及各種膠結物中的微孔隙就是喉道。這種類型孔隙度通常呈現低值，對應的滲透率值也偏低。

喉道形狀和大小可產生不同的毛細管力，進而大大影響孔隙的儲集性和滲透性。

3.3 有利儲層預測

由于沉積環境、儲層物性等因素的影響，砂體的孔隙度、滲透率在平面上分布也是不均勻的。結合儲層微觀孔隙分布特征，將有利儲層分為3類：Ⅰ類儲層（物性好）、Ⅱ類儲層（物性中等）、Ⅲ類儲層（物性差）（見圖5），下二門油田儲層物性變化趨勢基本與沉積相帶變化一致，即在前緣砂壩、分流河道和扇中前緣砂體發育區域孔隙度和滲透率較高，而在一些如前三角洲和分流間等砂體不發育的區域孔隙度和滲透率相對較低。

圖5 儲層物性分類圖Fig.5 The classification map of reservoir property

4 結論

（1）在壓實、膠結和溶蝕作用共同作用下，下二門油田主要孔隙類型以粒間孔隙最為發育，各種開啟的裂隙大大增加了儲層孔隙空間，提高了巖石滲透率。溶蝕作用形成了大量次生孔隙，是改善儲層性質最重要的成巖作用。

（2）下二門油田核三段儲層特征宏觀上受沉積微相控制，微觀上收縮喉道大量發育，使儲層具有較高孔隙，而滲透率較低。儲層物性變化趨勢基本與沉積相帶變化一致。

［1］ 張金亮，謝俊.儲層沉積相［M］.北京：石油工業出版社，2008.

［2］ Crossey L J，Frost B R，Surdam R C.Secondary porosity in laumontite bearing sandstones，clastic diagenesis［J］.AAPG Memoir，1984，37：225－238.

［3］ Tor Nedkvitne Knut.Secondary porosity in the Brent Group，Huldar Field，North Sea：Implication for predictiong lateral continuity of sandstone［J］.Journal of Sedimentary Peterology，1992，62（1）：23－34.

［4］ Wilkinson M，Darby D，Haszeldine R S，et al.Secondary porosity generation during deep burial associated with overpressure leak off：fulmar formation.UK Central Graben［J］.AAPG Bulletin，1997，81（5）：803－812.

［5］ 張麗霞，李民.準東下侏羅統三工河組砂巖成巖作用及其對孔隙的影響［J］.礦物巖石，2000，20（1）：61－65.

［6］ 李群，郭建華，郭宇航.華池油田華152區長3油層組砂巖的成巖作用與孔隙演化［J］.沉積與特提斯地質，2008，28（2）：40－45.

［7］ 張金亮，梁杰，杜桂林.安塞油田長2油層成巖作用及其對儲層物性的影響［J］.西北地質，2004，37（4）：50－58.

［8］ 劉林玉，王震亮，張龍.鄂爾多斯盆地鎮北地區長3砂巖的成巖作用及其對儲層的影響［J］.沉積學報，2006，24（5）：690－697.

［9］ 張廷鵬，張廷飛，孫秀英，等.下二門油田局部地質構造再認識［J］.石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2005，27（5）：774－775.

［10］ 趙躍華，趙新軍，翁大麗，等.注水開發后期下二門油田儲層特征［J］.石油學報，1999，20（1）：43－49.

The Diagenesis Type and the Pore Structure Feature in Xiaermen Oilfields

XIE Jun1，2，Meng Ning－Ning2，ZHANG Jin－Liang3，JIANG Jian－Wei4，ZENG Jun4
（1.Shandong Provincial Key Laboratory of Depositional Mineralization ＆Sedimentary Minerals，Qingdao 266510，China；2.Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266510，China；3.College of Resources Science and Technology Beijing Normal University，Beijing 100875，China；4.Exploration and Development Research Institute of Henan Oilfield Branch Company，SINOPEC，Nanyang 473132，China）

By means of the datums，such as ordinary thin slice and cast thin slice of the core hole and the data of scanning electronic microscope，the main diagenesis affecting the clastic rock reservoir in Xiaermen oilfield are compaction，cementation and denudation.The machine compact is widespread and the chemistry compact is rare for the compaction.The cementation are mainly carbonate cement（including the cementation of calcite and dolomite and ferroan calcite and ferroan dolomite）and clay mineral cement as kaolinite and chlorite.The denudation are mainly feldspar grains，a little of detritus corrode and carbonate cement corrode.The common reformation of the three diagenesis formed the pore structure feature which extensively distribute intergranular pore，innergranular pore and lingot pore in Xiaermen oilfield.According to the micro－pore structure characteristics，the authors combined with the distribution of sedimentary facies believe that，the favorable reservoir of Xiaermen oilfield developes in the underwater distributary channel and foredelta sand bar of braided delta front sub－facies.These new understandings provide a geological guide for adjustment and tapping potential of the oilfield.

Xiaermen oilfield；diagenesis；pore structure；reservoir feature

TE122.2＋3

A

1672－5174（2012）1－2－122－05

國家自然科學基金面上項目（41172109）；山東省自然科學基金面上項目（ZR2011DM009）；山東科技大學科研創新團隊計劃（2010KYTD103）資助

2010－11－02；

2011－09－01

謝 ?。?968－），男，教授，石油地質專業。E－mail：xiejun0532＠163.com

責任編輯 徐 環